工程材料第8章

1、第第8章塑性加工章塑性加工第第8章塑性加工章塑性加工8.1锻造成形8.2板料冲压成形8.6塑性加工技术的新发展 8.5塑性加工零件的结构工艺性8.4特种塑性加工方法8.3挤压、轧制、拉拔成形第第8章塑性加工章塑性加工金属材料在外力作用下产生塑性变形，从而获得所需产品的加工方法称为塑性加工，也称为压力加工。特点：1、塑性加工体积基本不变2、可实现少屑或无屑加工3、产品力学性能好4、易实现机械化和自动化，生产率高5、加工设备多，产品范围广方法：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、拉拔等。第第8章塑性加工章塑性加工8.1.1自由锻自由锻自由锻是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵板之间产生塑性变形而得到所需

2、锻件的锻造方法。自由锻分为手工锻造和机器锻造两种。根据所用设备它对坯料作用力的性质分为锻锤和液压机两大类。8.1 锻造成形锻造成形基本工艺过程：设计锻件图下料加热锻造冷却及热处理锻件清理第第8章塑性加工章塑性加工2.自由锻工艺规程的制订自由锻工艺规程的制订（1）绘制锻件图考虑到敷料、锻件余量、锻件公差等因素。1-敷料；2-余量图8.1典型锻件图1.自由锻工序主要分为基本工序、辅助工序、精整工序三大类。第第8章塑性加工章塑性加工（2）坯料质量及尺寸计算m坯料m锻件m烧损m料头（3）选择锻造工序根据工序特点和锻件形状确定。一般包括镦粗、冲孔、拔长、扭转、弯曲及相应夹具、加热设备等。第第8章塑性加工

3、章塑性加工墩粗 冲孔拔长第第8章塑性加工章塑性加工模弯曲法。 在垫模中弯曲能得到形状和尺寸较准确的小型锻件弯曲: 采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序锻锤压紧弯曲法。 坯料的一端被上、下砧压紧, 用大锤打击或用吊车拉另一端 , 使其弯曲成形.第第8章塑性加工章塑性加工【切割】是指将坯料分成几部分或部分地割开 ,或从坯料的外部割掉一部分,或从内部割出一部分的锻造工序第第8章塑性加工章塑性加工【错移】是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序 (下图),常用于锻造曲轴零件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线

4、的冲击力或压力，使坯料实现错移。第第8章塑性加工章塑性加工【锻接】是将坯料在炉内加热至高温后，用锤快击 , 使两者在固态结合的锻造工序。 锻接的方法有搭接、对接、咬接等 , 如图所示。锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的 70%80%。 第第8章塑性加工章塑性加工【扭转】是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。 该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时 , 可用锤击方法 , 如图所示。第第8章塑性加工章塑性加工自由锻的生产特点和应用 自由锻所用工具和设备简单 , 通用性好 , 成本低 。 同铸造毛坯相比 , 自由锻消除了缩孔、 缩松、气孔等缺陷, 使

5、毛坯具有更高的力学性能。因此,它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。 自由锻是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的 ,所以锻件精度低 ,加工余量大 , 劳动强度大,生产率也不高 , 因此它主要应用于单件、小批量生产 。第第8章塑性加工章塑性加工8.1.2模锻模锻模锻是在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形的锻造方法。基本工艺过程基本工艺过程：确定变形工艺设计模膛选择设备确定加热规范锻后工序按使用设备不同分：锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻。第第8章塑性加工章塑性加工图8.2典型模锻件第第8章塑性加工章塑性加工与自由锻比较，模锻优点：（1）生产率高（2）模锻

6、尺寸精确，加工余量小（3）可以锻造形状比较复杂的铸件（4）节约金属，减少加工量。缺点：（1）锻件不能太大（2）成本高，不适合小批生产第第8章塑性加工章塑性加工1.锤上模锻锤上模锻所用设备有蒸汽空气锤、无砧座锤、高速锤等。（1）锻模结构1-锤头;2-上模;3-飞边;4-下模;5-模垫;6.7.10-紧固楔铁;8-分模面;9-模膛图8.3锤上模锻第第8章塑性加工章塑性加工（2）模膛分类模膛分类分为模锻模膛和制坯模膛。1飞边2分模面3冲孔连皮4锻件1）模锻模膛）模锻模膛分为终锻模膛和预锻模膛。终锻模膛的作用是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。预锻模膛的作用是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸。

7、区别：预锻模膛圆角和斜度较大，没有飞边槽。第第8章塑性加工章塑性加工2）制坯模膛制坯模膛制坯模膛有拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、切断模膛等。拔长模膛第第8章塑性加工章塑性加工（3）制订模锻工艺规程）制订模锻工艺规程包括制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步模锻、选择设备及安排修整工序等。图8.4分模面的选择比较图1）制订模锻件图）制订模锻件图要考虑分模面、余量公差敷料、模锻斜度、模锻圆角半径等。第第8章塑性加工章塑性加工模锻斜度圆角半径第第8章塑性加工章塑性加工图8.4长轴类锻件图8.5盘类锻件2）确定模锻工步）确定模锻工步主要是根据锻件的形状和尺寸来确定的。第第8章塑性加工章塑性加工3）修整

8、工序修整工序图8.6切边模及冲孔模图8.7精压第第8章塑性加工章塑性加工图8.8摩擦压力机传动简图2.压力机上的模锻压力机上的模锻用于模锻生产的压力机有摩擦压力机、曲柄压力机、平锻机和模锻水压机。第第8章塑性加工章塑性加工图8.9曲柄压力机传动简图第第8章塑性加工章塑性加工曲柄压力机上模锻的特点： 优点：锻件精度高；模膛可采用组合式；可局部镦粗缺点：存在氧化皮影响锻件质量；不宜进行拔长和镦粗；一次成形需预成形工步相比：锻件精度高；生产率高；劳动条件好；节省金属；可大批量生产。但设备复杂，造价高。摩擦压力机上模锻的特点：优点：滑块行程可控，可实现不同程度的打；速度慢，金属能完成再结晶；可采用组合

9、模具。缺点：适用单膛锻模；锻件形状简单相比：结构简单；造价低投资少；使用维修方便；用途广泛。第第8章塑性加工章塑性加工曲柄压力机上模锻齿轮工步第第8章塑性加工章塑性加工8.2 板料冲压成形板料冲压成形板料冲压是利用冲模使板料产生分离或成形的加工方法，又叫冷冲压。板料冲压特点：（1）可以冲压出形状复杂的零件，废料少。（2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性能好。（3）能获得质量轻、材料消耗少、强度和刚度高的零件。（4）冲压操作简单，生产率高，零件成本低。第第8章塑性加工章塑性加工图8.10冲裁变形过程板料冲压基本工序有分离工序和变形工序。1.冲裁（落料和冲孔）使坯料按封闭轮廓分离的工

10、序。8.2.1分离工序分离工序分离工序是使坯料一部分与另一部分相互分离的工序。包括冲裁、切断、修整等。第第8章塑性加工章塑性加工(2 )凸凹模间隙凸凹模间隙影响冲裁件的断面质量，也影响模具寿命。(3)凸凹模刃口尺寸设计落料模时，应先确定凹模刃口尺寸。设计冲孔模时，应先确定凸模刃口尺寸。(4)冲裁力的计算kLSFpK 系数,取1.3, L: 冲裁周边长度; S: 胚料厚度;Fp: 冲裁力; : 材料的抗剪斜度第第8章塑性加工章塑性加工2.修整利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属。第第8章塑性加工章塑性加工3.切断指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。第第8章塑性加工章塑性加工 图

11、8.11拉深工序8.2.2成形工序成形工序成形工序是使坯料的一部分相对另一部分产生位移面不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻边、胀形等。1.拉深（1）拉深过程利用模具使落料后得到平板坯料变形成开口空心零件的成形工序。第第8章塑性加工章塑性加工（2）拉深系数拉深件直径d与坯料直径D的比值，用m表示，md/D多次拉深的总拉深系数等于每次拉深系数的乘积。图8.12多次拉深直径变化第第8章塑性加工章塑性加工（3）拉深件的成形质量问题主要是破裂和起皱。图8.13成形质量问题原因包括：凸凹模圆角半径设计不合理；凸凹模间隙不合理；拉深系数小；模具表面精度和润滑条件差等。第第8章塑性加工章塑性加工3.胀形利用坯料局

12、部厚度变薄形成零件的成形工序。图8.14弯曲过程中金属变形简图2.弯曲坯料的一部分相对另一部分弯曲成一定角度的工序。第第8章塑性加工章塑性加工图8.15翻边及加工举例4.翻边在成形坯料的平面或曲面部分上使板料沿一定的曲线翻成竖起边缘的冲压方法。第第8章塑性加工章塑性加工第第8章塑性加工章塑性加工图8.16简单冲模8.2.3冲压模具冲压模具简称冲模，分为简单模、连续模和复合模。1.简单冲模一次行程中只完成一道工序的冲模第第8章塑性加工章塑性加工2.连续冲模一次行程在不同部位同时完成数道工序的模具。图8.17连续冲模第第8章塑性加工章塑性加工3.复合冲模一次行程在同一部位同时完成数道工序的模具。

13、图8.18落料及拉深复合模第第8章塑性加工章塑性加工a）正挤压b）反挤压8.3.1挤压成形挤压成形挤压是使坯料在挤压筒中受强大的压力作用而变形的加工方法。8.3挤压、轧制、拉拔成形挤压、轧制、拉拔成形按金属流动方向和凸模运动方向的不同分为以下四种：第第8章塑性加工章塑性加工c）复合挤压d）径向挤压图8.19挤压成形四种形式挤压是在专用挤压机上进行的，也可在经适当改进后能用的曲柄压力机或摩擦压力机上进行。 第第8章塑性加工章塑性加工 图8.20辊锻示意图1-轧轮2-毛坯3-感应加热器图8.21热轧齿轮示意图8.3.2轧制成形轧制成形根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同轧制分为纵轧、横轧、斜轧等。第第

14、8章塑性加工章塑性加工纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法。如扳手，叶片。横轧是轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法。如齿轮斜轧是轧辊轴线与坯料轴线相交一定角度的轧制方法，亦称螺旋斜轧。如丝杠。第第8章塑性加工章塑性加工8.3.3拉拔成形拉拔成形拉拔是将金属坯料拉拔模的模孔使其变形的塑性加工方法。坯料截面形状和尺寸与拉拔模模孔出口相同。目前拉拔形式主要有线材拉拔、棒料拉拔、型材拉拔和管材拉拔。图8.22管材拉拔第第8章塑性加工章塑性加工8.4特种塑性加工方法特种塑性加工方法1.超塑性成形超塑性成形第第8章塑性加工章塑性加工2.旋压成形旋压成形利用旋压机使坯料和模具以一定速度共同旋转，并在

15、旋轮的作用下使坯料在与旋轮接触部位上产生局部变形，获得空心回转体零件的加工方法。第第8章塑性加工章塑性加工变薄旋压第第8章塑性加工章塑性加工3. 摆动辗压成形摆动辗压成形利用一个绕中心轴摆动的圆锥形模具对坯料局部加压的工艺方法。第第8章塑性加工章塑性加工4. 粉末锻造、液态模锻粉末锻造、液态模锻指将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法。第第8章塑性加工章塑性加工液态模锻是将一定量的液态金属直接注入金属模膛，在压力下使熔融或半熔融状态的金属液发生流动并凝固成形，同时伴有少量塑性变形，从而获得毛坯或零件的加工方法。第第8章塑性加工章塑性加工5. 高能率成形高能率成形是一种

16、在极短时间内释放高能量使金属变形的成形方法。主要包括爆炸成形、电液成形和电磁成形等。第第8章塑性加工章塑性加工6. 充液拉深充液拉深利用液体代替刚性凹模的作用所进行的拉深成形方法。第第8章塑性加工章塑性加工7. 聚氨酯成形聚氨酯成形利用聚氨酯在受压时表现出的高粘性流体性质，将其作为凸模或凹模的板料成形方法。第第8章塑性加工章塑性加工8.5塑性加工零件的结构工艺性塑性加工零件的结构工艺性8.5.1锻件结构工艺性锻件结构工艺性1. 自由锻件结构工艺性（1）锻件上具有锥体或斜面的结构不合理。（2）构成锻件的几何体交接处不应形成空间曲线。图8.23轴类锻件结构图8.24杆类锻件结构第第8章塑性加工章塑

17、性加工（3）自由锻锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字型截面等。 图8.25盘类锻件结构第第8章塑性加工章塑性加工（4）锻件截面面积急剧变化或形状复杂时，应设计成几个简单件的组合体。 图8.26复杂锻件结构第第8章塑性加工章塑性加工图8.27模锻零件形状2. 模锻件结构工艺性模锻件结构工艺性（1）模锻零件必须具有合理分型面，以便易于取出、敷料最少、锻模容易制造。（2）模锻零件除了配合表面，均应设计为非加工面。（3）零件外形力求简单，便于成形和减少工序。第第8章塑性加工章塑性加工（4）设计尽量避免深孔或多孔结构。（5）尽可能采用锻焊组合工艺，简化模锻工艺。第第8章塑性加工章塑性加工8.5.2冲压件

18、结构工艺性冲压件结构工艺性冲压件的形状与尺寸（1）对冲裁件的要求1）形状尽可能简单对称，尽量采用规则形状简化成形工序；3）线的交接处均应用圆弧连接2）孔及其尺寸第第8章塑性加工章塑性加工4）排样指落料件在条料、带料或板料上进行合理布置的方法。分为：无搭过排样和有搭边排样。图8.28不同排样方式第第8章塑性加工章塑性加工（2）对弯曲件的要求1）形状应尽量对称，弯曲半径应小于材料允许的最小直径。图8.29弯曲边高图8.30带孔弯曲件3）弯曲带孔件，避免孔的变形2）弯曲边不易边短第第8章塑性加工章塑性加工（3）对拉深件的要求1）形状应尽量简单对称，不宜太高图8.31拉深件最小允许半径2）拉深件的圆角半径尽量不小于最小许可半径第第8章塑性加工章塑性加工2. 改进结构可以简化工艺节省材料1）采用冲焊结构；图8.33冲口工艺的应用图8